[論文レビュー] Strong charge localization in t-J model: non-perturbative monopole effect

Peng Ye, Qing-Rui Wang|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2012

Physics of Superconductivity and Magnetism被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、反強磁性背景における非摂動的モノポールプラズマ揺らぎによって、正方格子上のt–J模型におけるホロノンが強く局在化することを提案する。これにより、外部の不純物が存在しない状況でも線形的閉じ込めと自発的並進対称性の破れが生じる。抵抗率の測定で観測された金属-絶縁体転移は、ゲージ理論的閉じ込め-開放転移と特定され、ポリakovループがその秩序パラメータである。

ABSTRACT

We present a quantum field theoretic description on the t$-$J model on a square lattice with dilute holes (i.e. near half-filling), based on the compact mutual Chern-Simons gauge theory. We show that, due to the presence of non-perturbative monopole plasma configuration from the antiferromagnetic background, holons (carrying electric charge) are linearly confined and strongly localized even without extrinsic disorder taken into account. Accordingly, the translation symmetry is spontaneously broken at ground state. Such an exotic localization is distinct from Anderson localization and essentially rooted in intrinsic Mott physics of the t$-$J model. Finally, a finite-temperature phase diagram is proposed. The metal-insulator transition observed in in-plane resistivity measurement is identified to a confinement-deconfinement transition from the perspective of gauge theory. The transition is characterized by the order parameter Polyakov-line.

研究の動機と目的

• 外部の不純物が存在しないt–J模型における半フォールド近傍での強い電荷局在化の起源を理解すること。
• 反強磁性背景における非摂動的モノポールプラズマ配置がホロノン力学に与える影響を調査すること。
• 抵抗率測定で観測された金属-絶縁体転移を、ゲージ理論的閉じ込め-開放転移として特定すること。
• t–J模型における閉じ込め転移の秩序パラメータとしてポリakovループを確立すること。

提案手法

• スピン-電荷分離を記述するため、コン pact 相互チャーン・シンムズゲージ理論を用いてt–J模型を定式化する。
• 反強磁性背景から生じる非摂動的モノポールプラズマ配置を分析する。
• 量子場理論的手法を適用し、モノポール揺らぎが存在する状況におけるホロノンの有効ポテンシャルを導出する。
• モノポールによって誘発されるトポロジカル相互作用によって、ホロノンの線形的閉じめを同定する。
• ゲージ理論的記述に基づいて有限温度相図を構築する。
• 閉じ込め-開放転移を特徴付けるために、ポリakovループを秩序パラメータとして用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 外部の不純物が存在しないt–J模型における半フォールド近傍での強い電荷局在化を引き起こすメカニズムは何か？
• RQ2 反強磁性背景における非摂動的モノポール配置がホロノンの移動性にどのように影響を与えるか？
• RQ3 抵抗率で観測された実験的金属-絶縁体転移は、ゲージ理論における閉じ込め-開放転移と整合的か？
• RQ4 ポリakovループはt–J模型における相転移を特徴付ける上で果たす役割は何か？
• RQ5 t–J模型における内在的モット物理学から、並進対称性の自発的破れはどのようにして生じるか？

主な発見

• 非摂動的モノポールプラズマ揺らぎによって、外部の不純物が存在しない状況でもホロノンは線形的閉じ込めと強く局在化する。
• この局在化はアンドリューズ型局在化ではなく、内在的モット物理学に根ざしている。
• 強いホロノン局在化により、基底状態で並進対称性が自発的に破れる。
• 面内抵抗率の測定で観測された金属-絶縁体転移は、ゲージ理論の枠組みにおいて閉じ込め-開放転移と特定される。
• 有限温度相図において、ポリakovループは閉じ込め-開放転移の明確な秩序パラメータとして機能する。
• 提案された相図は、モノポール効果によって駆動される、開放的金属相から閉じ込められた絶縁体相への転移を捉えている。